Question

11．人類正面臨能源危機，為選用節(jié)能交通信號燈的燈源，實驗室通過實驗發(fā)現(xiàn)下表中的LED燈和白熾燈在正常工作時光照強度相同，有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

二種燈	LED燈	白熾燈
發(fā)光原理	二極管發(fā)光	鎢絲高溫發(fā)光
額定電壓	24伏	220伏
響應(yīng)時間	10-9秒	10-3秒
額定功率	12瓦	100瓦

請根據(jù)以上材料說明
①LED燈是使用半導(dǎo)體材料制成的；
②LED燈的優(yōu)點發(fā)光效率高、節(jié)能降耗，響應(yīng)時間短、環(huán)保、額定電壓低等；
③LED燈正常工作時的電流是多少？
④LED燈每天正常工作10小時，使用LED燈比使用白熾燈可節(jié)約電能為多少kW•h？節(jié)約的電能可將多少kg的水從20℃加熱到100℃？[C_水=4.2×10³J/（kg•℃），結(jié)果保留兩位小數(shù)]．

Answer 1

分析 （1）制作二極管的材料是半導(dǎo)體材料，常用的有：硅、鍺等材料；
（2）分析表格中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，LED燈電壓低，功率小，響應(yīng)時間短，據(jù)此進行分析其優(yōu)點；
（3）LED燈正常工作時的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出正常工作時的電流；
（4）知道LED燈和白熾燈的額定功率，兩者只差即為節(jié)約電能的功率，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出節(jié)約的電能；再根據(jù)W=Q_吸=cm（t-t₀）求出能將多少20℃水加熱到100℃．

解答 解：①發(fā)光二極管由半導(dǎo)體材料制成；
②根據(jù)題意和表格中的數(shù)據(jù)可知，LED燈和白熾燈相比有明顯的優(yōu)點：在光照強度相同的情況下，LED燈不必要達到很高的溫度就能發(fā)光，電能基本上不轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，幾乎全部轉(zhuǎn)化光能，因而發(fā)光效率高；LED燈的額定電壓低，人直接接觸不會觸電；LED燈響應(yīng)時間短，也就是從開始發(fā)光到正常發(fā)光所用的時間短；LED燈額定功率小，節(jié)約能源．故優(yōu)點可從發(fā)光效率高、節(jié)能降耗，響應(yīng)時間短、環(huán)保、額定電壓低等；
③由P=UI得，LED燈正常工作時的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{12W}{24V}$=0.5A；
④白熾燈功率比LED燈功率高：
△P=P₂-P₁=100W-12W=88W=0.088kW，
由P=$\frac{W}{t}$可得，10小時節(jié)約的電能：
W=△P×t=0.088kW×10h=0.88kW•h=3.168×10⁶J，
由W=Q_吸=cm（t-t₀）可得：能將20℃加熱到100℃水的質(zhì)量：
m=$\frac{{Q}_{吸}}{c（t-{t}_{0}）}$=$\frac{W}{c（t-{t}_{0}）}$=$\frac{3.168×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×（100℃-20℃）}$≈9.43kg．
答：①半導(dǎo)體；
②發(fā)光效率高、節(jié)能降耗，響應(yīng)時間短、環(huán)保、額定電壓低等；
③LED燈正常工作時的電流是0.5A；
④LED燈每天正常工作10小時，使用LED燈比使用白熾燈可節(jié)約電能為0.88kW•h，節(jié)約的電能可將9.43kg的水從20℃加熱到100℃．

點評 本題考查了LED燈的材料、優(yōu)點、正常工作時的電流、節(jié)約電能的計算和加熱水質(zhì)量的計算，關(guān)鍵是根據(jù)表格數(shù)據(jù)得出有用的信息，同時要注意單位的換算．